effet de la pression sur la solubilité des gaz: loi de Henry
la pression externe a très peu d’effet sur la solubilité des liquides et des solides. En revanche, la solubilité des gaz augmente à mesure que la pression partielle du gaz au-dessus d’une solution augmente., Ce point est illustré dans la Figure \(\PageIndex{4}\), qui montre l’effet d’une pression accrue sur l’équilibre dynamique qui s’établit entre les molécules de gaz dissous en solution et les molécules en phase gazeuse au-dessus de la solution. Étant donné que la concentration de molécules en phase gazeuse augmente avec l’augmentation de la pression, la concentration de molécules de gaz dissous dans la solution à l’équilibre est également plus élevée à des pressions plus élevées.,
la relation entre la pression et la solubilité d’un gaz est décrite quantitativement par la loi de Henry, qui porte le nom de son découvreur, le médecin et chimiste anglais William Henry(1775-1836):
\
où
- \(C\) est la concentration de gaz dissous à L’équilibre,
- \(P\) est la pression partielle du gaz, et
- \(k\) est la constante de la loi de Henry, qui doit être déterminée expérimentalement pour chaque combinaison de gaz, de solvant et de température.,
bien que la concentration de gaz puisse être exprimée dans toutes les unités pratiques, nous utiliserons exclusivement la molarité. Les unités de la constante de la Loi de Henry sont donc mol/(L·atm) = M / atm. Les valeurs des constantes de la Loi de Henry pour les solutions de plusieurs gaz dans l’eau à 20°C sont listées dans le tableau \(\PageIndex{1}\).
comme le montrent les données du tableau \(\PageIndex{1}\), la concentration d’un gaz dissous dans l’eau à une pression donnée dépend fortement de ses propriétés physiques. Pour une série de substances apparentées, les forces de dispersion de London augmentent à mesure que la masse moléculaire augmente., Ainsi, parmi les éléments du groupe 18, Les constantes de la Loi de Henry augmentent doucement de He À NE à Ar. Le tableau montre également que \(O_2\) est presque deux fois plus soluble que \(N_2\). Bien que les forces de dispersion de London soient trop faibles pour expliquer une différence aussi importante, \(O_2\) est paramagnétique et donc plus polarisable que \(N_2\), ce qui explique sa grande solubilité.
Les gaz qui réagissent avec l’eau n’obéissent pas à la loi de Henry.
La loi de Henry a des applications importantes., Par exemple, des bulles de \(CO_2\) se forment dès qu’une boisson gazeuse est ouverte parce que la boisson a été embouteillée sous \(CO_2\) à une pression supérieure à 1 atm. Lorsque la bouteille est ouverte, la pression de \(CO_2\) au-dessus de la solution diminue rapidement et une partie du gaz dissous s’échappe de la solution sous forme de bulles. La loi de Henry explique également pourquoi les plongeurs doivent faire attention à remonter lentement à la surface après une plongée s’ils respirent de l’air comprimé. Aux pressions plus élevées sous l’eau, plus de N2 de l’air se dissout dans les fluides internes du plongeur., Si le plongeur monte trop rapidement, le changement de pression rapide provoque la formation de petites bulles de N2 dans tout le corps, une condition connue sous le nom de « les coudes.” Ces bulles peuvent bloquer l’écoulement du sang à travers les petits vaisseaux sanguins, provoquant une grande douleur et même s’avérer fatale dans certains cas.
en raison de la faible constante de la Loi de Henry pour \(O_2\) dans l’eau, les niveaux d’oxygène dissous dans l’eau sont trop faibles pour répondre aux besoins énergétiques des organismes multicellulaires, y compris les humains., Pour augmenter la concentration de \(O_2\) dans les fluides internes, les organismes synthétisent des molécules porteuses hautement solubles qui lient \(O_2\) de manière réversible. Par exemple, les globules rouges humains contiennent une protéine appelée hémoglobine qui se lie spécifiquement \(O_2\) et facilite son transport des poumons vers les tissus, où elle est utilisée pour oxyder les molécules alimentaires pour fournir de l’énergie. La concentration d’hémoglobine dans le sang normal est d’environ 2,2 mM et chaque molécule d’hémoglobine peut lier quatre molécules \(O_2\)., Bien que la concentration de \(O_2\) dissous dans le sérum sanguin à 37°C(température corporelle normale) ne soit que de 0,010 mM, la concentration totale de \(O_2\) dissous est de 8,8 mM, presque mille fois supérieure à ce qui serait possible sans hémoglobine. Des transporteurs d’oxygène synthétiques à base d’alcanes fluorés ont été développés pour être utilisés en remplacement d’urgence du sang total. Contrairement au sang donné, ces « substituts sanguins » ne nécessitent pas de réfrigération et ont une longue durée de conservation., Leurs constantes de la Loi de Henry très élevées pour \(O_2\) entraînent des concentrations d’oxygène dissous comparables à celles du sang normal.
